檢測(cè)超弱磁場(chǎng)的系統(tǒng)和方法、緩沖單元、激源單元的制作方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明是關(guān)于一種檢測(cè)超弱磁場(chǎng)的系統(tǒng)和方法、緩沖單元、激源單元。
【背景技術(shù)】
[0002]最近，適于檢測(cè)地磁的技術(shù)已經(jīng)到了需要高靈敏度和高精度地檢測(cè)非常弱的磁場(chǎng)，以擴(kuò)大應(yīng)用的范圍。這類型的磁場(chǎng)檢測(cè)組件磁性阻抗(Magnetic Impedance, MI)組件已引起人們的注意。與已知的磁場(chǎng)檢測(cè)用的MI組件的方法，該方法是施加一高頻電流給磁性組件和檢測(cè)由曲繞或布置在磁性組件附近的檢測(cè)線圈所產(chǎn)生的一電壓信號(hào)。
[0003]圖1說(shuō)明一用于檢測(cè)磁場(chǎng)的現(xiàn)有技術(shù)的基本電路圖。參考圖1，用虛線包圍的振蕩電路11產(chǎn)生一脈沖振蕩，經(jīng)由反相器12和電流調(diào)整電阻13的方式將電流流到MI組件14。然后，取出在MI組件14所造成的磁通量的變化產(chǎn)生曲繞在MI組件14的周圍檢測(cè)線圈15中電壓的變化。檢測(cè)線圈15的一端連接到接地端，而另一端連接到由一峰值檢測(cè)二極管和一個(gè)RC電路所形成的一個(gè)波形檢測(cè)電路16，以使得一個(gè)振幅調(diào)變磁場(chǎng)信號(hào)可從波形檢測(cè)電路16中取出。相對(duì)地，磁場(chǎng)信號(hào)可以通過(guò)和一模擬開關(guān)與一保持電容建置的振蕩電路11振蕩的上升和下降的同步地同步檢測(cè)。然后一個(gè)零外磁場(chǎng)特征的一個(gè)電壓Vso以及與電壓Vso相匹配的一個(gè)參考電壓被選中，此是經(jīng)由一個(gè)放大器17和在電源電壓和接地端子之間插入的一可變電阻18。因此，輸出電壓是在放大器的輸出端進(jìn)行手動(dòng)調(diào)整。
[0004]然而，Vso常因周圍環(huán)境的變化而改變。在這種情況下，難以手動(dòng)調(diào)整輸出電壓。如果檢測(cè)線圈上的信號(hào)是尖銳的峰頂部，峰值檢測(cè)的取樣抖動(dòng)也會(huì)導(dǎo)致高的信號(hào)變化。如果磁場(chǎng)不順暢或磁場(chǎng)變化顯著，即使加上非線性效應(yīng)，它也無(wú)法優(yōu)化信號(hào)的檢測(cè)。因此，此種用于檢測(cè)磁場(chǎng)的磁場(chǎng)檢測(cè)電路無(wú)法檢測(cè)到非常弱的磁場(chǎng)，特別是對(duì)于檢測(cè)次mG (毫高斯)的磁場(chǎng)或嘈雜的磁場(chǎng)。針對(duì)現(xiàn)代的應(yīng)用，特別是空中鼠標(biāo)，陀螺儀等應(yīng)用，此種檢測(cè)技術(shù)將導(dǎo)致較大的誤差。
[0005]針對(duì)某些情況，上述的現(xiàn)有檢測(cè)磁場(chǎng)技術(shù)具有無(wú)法處理的缺點(diǎn)，尤其是振蕩電路的組件固有噪聲，取樣抖動(dòng)引起的峰值電壓變化的噪聲，影響非外部磁場(chǎng)特性的線圈負(fù)載效應(yīng)，以及弱磁場(chǎng)等情況。因此，有必要設(shè)計(jì)具有高靈活性和可靠性的磁場(chǎng)檢測(cè)技術(shù)。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0006]本發(fā)明實(shí)施例提供關(guān)于一種檢測(cè)超弱磁場(chǎng)的系統(tǒng)和方法、緩沖單元、激源單元。所述方案使用一磁性阻抗組件來(lái)檢測(cè)外部磁場(chǎng)的強(qiáng)度，其中磁性阻抗組件的阻抗依據(jù)外部磁場(chǎng)的變化而變動(dòng)。更具體地說(shuō)，本發(fā)明是關(guān)于由地磁或非常弱的電流產(chǎn)生非常弱的磁場(chǎng)的高靈敏度和高精度的檢測(cè)技術(shù)。
[0007]本發(fā)明的一實(shí)施例是關(guān)于一種檢測(cè)磁場(chǎng)的系統(tǒng)。該系統(tǒng)包括:由一檢測(cè)線圈所包圍的一磁性阻抗組件，產(chǎn)生可編程上升/下降時(shí)間的脈沖信號(hào)的激源單元以驅(qū)動(dòng)磁性阻抗組件，以及一信號(hào)檢測(cè)模塊以檢測(cè)檢測(cè)線圈上的信號(hào)，其中信號(hào)檢測(cè)模塊包括:具有可調(diào)整的帶寬形狀的一緩沖單元將檢測(cè)線圈的輸出信號(hào)整型，一信號(hào)放大單元將緩沖單元輸出的緩沖信號(hào)放大，一信號(hào)處理單元將信號(hào)放大單元放大后的信號(hào)施加可選擇的算法，以輸出檢測(cè)結(jié)果，以及一控制單元連接信號(hào)處理單元，以產(chǎn)生激源單元、緩沖單元、信號(hào)放大單元和信號(hào)處理單元的控制參數(shù)。
[0008]進(jìn)一步地，所述激源單元包括施加兩個(gè)電壓于兩個(gè)開關(guān)耦接兩個(gè)并聯(lián)RC電路。
[0009]進(jìn)一步地，所述緩沖單元提供一個(gè)選擇的帶寬的頻率響應(yīng)該檢測(cè)線圈來(lái)減少因峰值取樣抖動(dòng)的信號(hào)的變化。
[0010]進(jìn)一步地，所述信號(hào)放大單元包括一個(gè)取樣和保持電路和一個(gè)斬波可編程增益放大器。
[0011]進(jìn)一步地，所述信號(hào)處理單元包括一模擬/數(shù)字轉(zhuǎn)換器和一個(gè)數(shù)字信號(hào)處理器。
[0012]進(jìn)一步地，所述算法是一信號(hào)濾波。
[0013]進(jìn)一步地，所述控制單元包括一個(gè)內(nèi)存，用于儲(chǔ)存更新的控制參數(shù)。
[0014]進(jìn)一步地，所述控制參數(shù)是開關(guān)的切換時(shí)序、電壓值、帶寬參數(shù)以及濾波參數(shù)。
[0015]本發(fā)明實(shí)施例還提供一種緩沖單元，適應(yīng)于檢測(cè)超弱磁場(chǎng)的系統(tǒng)，
[0016]該緩沖單元具有可調(diào)整的帶寬，提供一個(gè)帶寬的頻率響應(yīng)一檢測(cè)線圈的一輸出信號(hào)來(lái)減少因峰值取樣抖動(dòng)的信號(hào)的變化，其中，該檢測(cè)線圈的該輸出信號(hào)是由圍繞一磁性阻抗組件的該檢測(cè)線圈感應(yīng)而成。
[0017]本發(fā)明實(shí)施例還提供一種激源單元，適應(yīng)于檢測(cè)超弱磁場(chǎng)的系統(tǒng)，
[0018]該激源單元產(chǎn)生可編程上升/下降時(shí)間的信號(hào)來(lái)驅(qū)動(dòng)一磁性阻抗組件，其中，該信號(hào)是由施加兩個(gè)電壓于兩個(gè)開關(guān)耦接兩個(gè)并聯(lián)RC電路而形成。
[0019]本發(fā)明的另一實(shí)施范例是關(guān)于一種檢測(cè)磁場(chǎng)的方法。該方法包括:產(chǎn)生可編程上升/下降時(shí)間的的電壓來(lái)驅(qū)動(dòng)環(huán)繞一磁性阻抗組件的一檢測(cè)線圈；經(jīng)由具有可調(diào)整帶寬的一緩沖單元將檢測(cè)線圈的輸出信號(hào)整型；通過(guò)使用一取樣和保持電路和一斬波可編程增益放大器將緩沖單元輸出的緩沖信號(hào)放大；經(jīng)由可選擇的算法來(lái)處理放大后的信號(hào)以輸出檢測(cè)結(jié)果；以及檢查檢測(cè)結(jié)果來(lái)控制產(chǎn)生的電壓，緩沖單元，取樣和保持電路，斬波可編程增益放大器，以及算法。
[0020]所述的方法，其中，所述算法是一信號(hào)濾波。
[0021]所述的方法，其中，所述控制包括使用一個(gè)內(nèi)存來(lái)儲(chǔ)存更新后的控制狀態(tài)。
[0022]茲配合下列圖示、實(shí)施例詳細(xì)說(shuō)明及申請(qǐng)專利范圍，將上述及本發(fā)明的其他優(yōu)點(diǎn)詳述于后。
【附圖說(shuō)明】
[0023]圖1說(shuō)明一用于檢測(cè)磁場(chǎng)的現(xiàn)有技術(shù)的基本電路圖；
[0024]圖2是與本發(fā)明的一實(shí)施范例一致的一示意圖，說(shuō)明一種檢測(cè)磁場(chǎng)的系統(tǒng)；
[0025]圖3是與本發(fā)明的一實(shí)施范例一致的一示意圖，說(shuō)明圖2中檢測(cè)磁場(chǎng)的系統(tǒng)的激源單元；
[0026]圖4a_4d是與本發(fā)明的一實(shí)施范例一致的一不意圖，說(shuō)明圖3中檢測(cè)磁場(chǎng)的系統(tǒng)的可編程的上升/下降時(shí)間的激源單元所產(chǎn)生的信號(hào)；
[0027]圖5是與本發(fā)明的一實(shí)施范例一致的一示意圖，說(shuō)明圖2中檢測(cè)磁場(chǎng)的系統(tǒng)的緩沖單兀的輸入信號(hào)和輸出信號(hào)；
[0028]圖6是與本發(fā)明的一實(shí)施范例一致的一示意圖，說(shuō)明圖2中檢測(cè)磁場(chǎng)的系統(tǒng)的信號(hào)放大單元；
[0029]圖1是與本發(fā)明的一實(shí)施范例一致的一示意圖，說(shuō)明圖2中檢測(cè)磁場(chǎng)的系統(tǒng)的處理單元；
[0030]圖8是與本發(fā)明的一實(shí)施范例一致的一示意圖，說(shuō)明圖2中檢測(cè)磁場(chǎng)的系統(tǒng)的的處理單元的可調(diào)整帶寬；
[0031]圖9a_9b是與本發(fā)明的一實(shí)施范例一致的一示意圖，說(shuō)明檢測(cè)磁場(chǎng)的系統(tǒng)的建立和優(yōu)化控制單元的控制參數(shù)的流程圖；
[0032]圖10是與本發(fā)明的一實(shí)施范例一致的一示意圖，說(shuō)明一種檢測(cè)磁場(chǎng)的方法。
[0033]附圖標(biāo)記說(shuō)明:
[0034]11-振蕩電路；12-連接接口反相器；13_電流調(diào)整電阻；14_MI組件；15-檢測(cè)線圈；16_波形檢測(cè)電路；17_放大器；18_可變電阻；210-磁性阻抗組件；220_檢測(cè)線圈；230-激源單元；240_信號(hào)檢測(cè)模塊；241_緩沖單元；242_信號(hào)放大單元；245_信號(hào)處理單元；246_控制單元；610_取樣和保持電路；611、612-取樣開關(guān)；613、614_保持電容；620-斬波可編程增益放大器；621、622、623、624_開關(guān)；625、626、627、628_開關(guān)；710_模擬/數(shù)字轉(zhuǎn)換器；720_數(shù)字信號(hào)處理器；901_泵送高斯掃描磁場(chǎng)；902_覆蓋磁屏蔽盒至此檢測(cè)磁場(chǎng)的系統(tǒng)；903_不覆蓋磁屏蔽盒至此檢測(cè)磁場(chǎng)的系統(tǒng)；910_掃描標(biāo)準(zhǔn)磁場(chǎng)；920_進(jìn)行全信號(hào)波形的取樣；930_確認(rèn)掃描環(huán)境完成；940_尋找新取樣邊緣；950_比較波峰的頂部和底部值；960_在控制單元中調(diào)整延遲電路970-改變激源單元中激源壓擺率；980_改變緩沖單元中緩沖器的帶寬；990_選擇信號(hào)處理單元中數(shù)字信號(hào)處理(DSP)濾波；1010-產(chǎn)生可編程上升/下降時(shí)間的電壓來(lái)驅(qū)動(dòng)環(huán)繞一磁性阻抗組件的一檢測(cè)線圈；1020_經(jīng)由具有可調(diào)整帶寬的一緩沖單元將檢測(cè)線圈的輸出信號(hào)整型；1030通過(guò)使用一取樣和保持電路和一斬波可編程增益放大器將緩沖單元輸出的緩沖信號(hào)放大；1040_經(jīng)由可選擇的算法來(lái)處理放大后的信號(hào)以輸出檢測(cè)結(jié)果；1050_檢查檢測(cè)結(jié)果來(lái)控制產(chǎn)生的電壓，緩沖單元，取樣和保持電路，斬波可編程增益放大器，以及算法。
【具體實(shí)施方式】
[0035]本發(fā)明實(shí)施例提供關(guān)于一種檢測(cè)超弱磁場(chǎng)的系統(tǒng)和方法、緩沖單元、激源單元。所述方案使用一磁性阻抗組件來(lái)檢測(cè)外部磁場(chǎng)的強(qiáng)度，其中磁性阻抗組件的阻抗依據(jù)外部磁場(chǎng)的變化而變動(dòng)。更具體地說(shuō)，本發(fā)明是關(guān)于由地磁或非常弱的電流產(chǎn)生非常弱的磁場(chǎng)的高靈敏度和高精度的檢測(cè)技術(shù)。
[0036]本發(fā)明的一實(shí)施例是關(guān)于一種檢測(cè)磁場(chǎng)的系統(tǒng)。圖2是與本發(fā)明的一實(shí)施范例一致的一示意圖，說(shuō)明一種檢測(cè)磁場(chǎng)的系統(tǒng)。參考圖2，此系統(tǒng)包括由一檢測(cè)線圈220所包圍的一磁性阻抗組件210，一激源單元230產(chǎn)生可編程上升/下降時(shí)間的電壓信號(hào)來(lái)驅(qū)動(dòng)磁性阻抗組件210，和一信號(hào)檢測(cè)模塊240檢測(cè)檢測(cè)線圈220輸出的信號(hào)，其中信號(hào)檢測(cè)模塊240包括具有可調(diào)整帶寬的一緩沖單元241將檢測(cè)線圈220的輸出信號(hào)整型，一信號(hào)放大單元242將緩沖單元241輸出的緩沖信號(hào)放大，一信號(hào)處理單元245通過(guò)施加可選擇的算法將信號(hào)放大單元242放大的信號(hào)進(jìn)行信號(hào)處理，以輸出檢測(cè)結(jié)果，并且一控制單元246連接信號(hào)處理單元245以產(chǎn)生激源單元230、緩沖單元241、信號(hào)放大單元242和信號(hào)處理單元245的控制參數(shù)。
[0037]參考圖2，磁性阻抗組件210阻抗依據(jù)外部磁場(chǎng)的變化而變動(dòng)。激源單元230產(chǎn)生可編程上升/下降時(shí)間的信號(hào)來(lái)驅(qū)動(dòng)磁性阻抗組件210。激源單元230產(chǎn)生的信號(hào)可以由第三圖所示的電路圖來(lái)實(shí)現(xiàn)。如圖3所示，兩個(gè)電壓Vl和V2被施加于兩個(gè)開關(guān)SI和S2耦接兩個(gè)并聯(lián)RC電路RlCl和R2C2的電路中，以連接磁性阻抗組件210的兩個(gè)端點(diǎn)來(lái)驅(qū)動(dòng)磁性阻抗組件210。
[0038]因此在圖3中，經(jīng)由兩個(gè)電壓Vl和V2，開關(guān)SI和S2切換時(shí)序Φ1和Φ2，以及平行RC電路RlCl和R2C2，磁性阻抗組件210的兩個(gè)端點(diǎn)的信號(hào)VI如圖4a、圖4b、圖4c和圖4d所示。在圖4a中，兩個(gè)電壓Vl和V2是兩個(gè)不同的直流電壓，開關(guān)SI和S2的切換時(shí)序Φ1和Φ2相同。在圖4b中，兩個(gè)電壓Vl和V2是兩個(gè)不同的直流電壓，開關(guān)SI和S2的切換時(shí)序Φ1和Φ2是不同的時(shí)鐘時(shí)序。在圖4c中，兩